Dilatare termică

Termodinamică
Schema unei mașini termice Carnot
Ramuri Clasică Statistică Chimică Cuantică de echilibru / de neechilibru
Principii Zero Primul Al doilea Al treilea
Sisteme Izolat Închis Deschis Adiabatic Stare Ecuație de stare Gaz ideal Gaz real Stare de agregare Fază Echilibru radiativ termic Volum de control Instrumente Procese Destindere liberă Izobar Izocor Izotermic Adiabatic exponent Izentropic Izentalpic Politropic Cvasistatic Reversibil Ireversibil disipare Cicluri Carnot Direct Inversat Randament și eficiență Diagrame termodinamice p-V T-s h-s p-h h-x
Propertăți ale sistemelor Notă: Parametri conjugați cu italice Proprietăți intensive și extensive Funcții de proces Lucru mecanic Căldură Funcții de stare Temperatură / Entropie Presiune (internă, parțială) / Volum Potențial chimic / Număr de particule Titlul vaporilor Proprietăți reduse
Proprietăți ale materialelor Baze de date cu proprietăți Capacitate termică masică  $c=$ $T$ $\partial S$ $N$ $\partial T$ Coeficient de compresibilitate  $\beta =-$ $1$ $\partial V$ $V$ $\partial p$ Coeficient de dilatare volumică  $\alpha =$ $1$ $\partial V$ $V$ $\partial T$
Ecuații Teorema lui Carnot Teorema lui Clausius Relația fundamentală Legea gazelor ideale Stări corespondente Relațiile Maxwell Relațiile Onsager Ecuațiile Bridgman Tabel cu ecuații termodinamice
Potențiale Energie internă: $U(S,V)$ Energie liberă: $F(T,V)=U-TS$ Entalpie: $H(S,p)=U+pV$ Entalpie liberă: $G(T,p)=H-TS$ Entropie liberă
Istorie Cultură Istorie Generală Istoria entropiei Legile gazelor Istoria perpetuum mobilelor Filozofie Entropie și timp Entropie și viață Clichetul brownian Demonul lui Maxwell Paradoxul morții termice Paradoxul lui Loschmidt Sinergetică Teorii Teoria caloricului Forța vie Echivalentul mecanic al caloriei Putere motrice Lucrări fundamentale An Experimental Enquiry Concerning ... Heat On the Equilibrium of Heterogeneous Substances Réflexions sur la puissance motrice du feu Cronologii Termodinamică mașini termice Artă Învățământ Suprafața termodinamică a lui Maxwell Entropia ca disipare a energiei
Personalități Bernoulli Boltzmann Bridgman Carathéodory Carnot Clapeyron Clausius de Donder Duhem Gibbs von Helmholtz Joule Kelvin Lewis Massieu Maxwell von Mayer Nernst Onsager Planck Rankine Smeaton Stahl Tait Thompson van der Waals Waterston
Altele Nucleație Autoasamblare Autoorganizare Ordine și dezordine
Categorie

Îmbinare de expansiune pe un pod rutier utilizată pentru a evita deteriorarea prin dilatare termică.

Dilatarea termică este fenomenul fizic prin care dimensiunile (volumul, suprafața, lungimea) unui corp cresc în urma variației temperaturii. Fenomenul opus se numește contracție termică. Pentru majoritatea substanțelor creșterea temperaturii duce la creșterea dimensiunilor, dar există și excepții.

În funcție de starea de agregare a corpului, dilatarea se manifestă diferit. Astfel, un corp solid își mărește toate dimensiunile liniare în același raport, un lichid își mărește volumul (forma sa depinde de vasul care îl conține), iar un gaz își mărește fie presiunea, fie volumul, fie amândouă, în funcție de incinta în care se află. Modificarea valorii volumului produce modificarea valorii densității și în cazul amestecurilor a valorilor concentrațiilor raportate la volum ale componenților: concentrația molară și masică.

Coeficient de dilatare

Pentru solide creșterea relativă a unei dimensiuni (raportul dintre variația dimensiunii și dimensiunea inițială) este proporțională cu creșterea temperaturii. Coeficientul de proporționalitate se numește coeficient de dilatare termică, o mărime de obicei pozitivă, a cărei unitate de măsură este inversul unității de măsură a temperaturii. Pentru polimeri (de exemplu materiale plastice) acest coeficient este de circa 10 ori mai mare decât pentru metale, care la rândul lor au un coeficient mai mare decât al ceramicilor.

$\alpha _{V}={\frac {1}{V}}\,\left({\frac {\partial V}{\partial T}}\right)_{p}$

Se măsoară cu dilatometrul.

Amestecuri

Dilatarea amestecurilor depinde de neidealitatea acestora prin intermediul mărimilor de exces.

$V=\sum (V_{i}+V_{i}^{E})\iff n{\hat {V}}=\sum (n_{i}V_{i}^{0}+n_{i}{\bar {V_{i}}}^{E})$

unde V_i sunt volumele componenților puri iar V_i^E sunt volumele exces ale componenților.

Prin derivare în funcție de temperatură rezultă

${\frac {\partial V}{\partial T}}=\sum _{i}{\frac {\partial V_{i}}{\partial T}}+\sum _{i}{\frac {\partial V_{i}^{E}}{\partial T}}$

sau considerând volumul exces funcție de coeficientul de activitate al unui component în amestec și substituind

${\bar {V^{E}}}_{i}=RT{\frac {\partial (ln(\gamma _{i}))}{\partial P}}$

${\frac {\partial {\bar {V^{E}}}_{i}}{\partial T}}=R{\frac {\partial (ln(\gamma _{i}))}{\partial P}}+RT{\partial ^{2} \over \partial T\partial P}ln(\gamma _{i})$

${\frac {\partial V}{\partial T}}=\sum _{i}{\frac {\partial V_{i}}{\partial T}}+\sum x_{i}(R{\frac {\partial (ln(\gamma _{i}))}{\partial P}}+RT{\partial ^{2} \over \partial T\partial P}ln(\gamma _{i}))$

Prin introducerea coeficientului de dilatare

$\alpha V=\sum _{i}\alpha _{i}V_{i}+\sum _{i}\alpha _{i}^{E}V_{i}^{E}$

$\alpha V=\sum _{i}\alpha _{i}V_{i}+\sum x_{i}(R{\frac {\partial (ln(\gamma _{i}))}{\partial P}}+RT{\partial ^{2} \over \partial T\partial P}ln(\gamma _{i}))$

Vezi și

• Factor de compresibilitate
• Mărimi molare aparente
• Compresibilitate

Legături externe

• Materiale media legate de Dilatare termică la Wikimedia Commons
• Dilatarea amestecurilor
• Glass Thermal Expansion Thermal expansion measurement, definitions, thermal expansion calculation from the glass composition
• Water thermal expansion calculator
• DoITPoMS Teaching and Learning Package on Thermal Expansion and the Bi-material Strip
• Engineering Toolbox – List of coefficients of Linear Expansion for some common materials
• Article on how α_V is determined Arhivat în 25 februarie 2009, la Wayback Machine.
• MatWeb: Free database of engineering properties for over 79,000 materials
• USA NIST Website – Temperature and Dimensional Measurement workshop Arhivat în 28 iunie 2011, la Wayback Machine.
• Hyperphysics: Thermal expansion
• Understanding Thermal Expansion in Ceramic Glazes
• Thermal Expansion Calculators
• Thermal expansion via density calculator